JP7280521B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関する。

非共沸混合冷媒を用いた空調機などのヒートポンプ装置では、運転中に循環する非共沸混合冷媒の組成比が変化し、燃焼性が上昇し、或いは不均化反応が生じる恐れがある。それゆえ、特許文献１（特許第３４６３７１０号公報）に記載の冷凍装置では、循環する冷媒の組成比を検知するためアキュームレータに二相冷媒を溜め、その温度と圧力の検出値に基づき循環する冷媒の組成比を推定している。

しかしながら、上記の方法では、アキュームレータに二相冷媒を溜める必要があるため、高圧冷媒を減圧してアキュームレータに導くバイパス回路が必要になり、高圧冷媒をバイパスすることに起因して能力が低下する。また、アキュームレータから冷凍機油を圧縮機に戻すために少量の液冷媒もガス冷媒と同時に流出するため、正確な組成比を求めるのが難しい。

それゆえ、能力を低下させることなく、正確に冷媒の循環組成比を推定することができるヒートポンプ装置を提供する、という課題がある。

第１観点のヒートポンプ装置は、圧縮機、四路切換弁、凝縮器、第１膨張機構、第２膨張機構、および蒸発器が順に配管によって環状に接続された冷媒回路内を非共沸混合冷媒が循環する、ヒートポンプ装置である。当該ヒートポンプ装置は、容器と、温度測定部と、圧力測定部と、制御部とを備えている。容器は、第１膨張機構と第２膨張機構との間に接続されている。温度測定部は、容器内の非共沸混合冷媒の温度を測定する。圧力測定部は、容器内の非共沸混合冷媒の圧力を測定する。ここで、容器内の非共沸混合冷媒の圧力は、容器に接続される配管内の圧力で代用してもよい。制御部は、容器に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の物性を推定する。制御部は、第１膨張機構を制御して、凝縮器の出口における非共沸混合冷媒の過冷却度を調整することによって、容器に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整する。

このヒートポンプ装置では、運転時、非共沸混合冷媒は気液二相状態で容器に入り液状態で容器から出て、冷媒回路を循環する。制御部は、容器内の温度および圧力に基づいて容器から出ていく液相の非共沸混合冷媒の物性を、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の物性として、推定することができる。

また、このヒートポンプ装置では、制御部が、容器の上流側の第１膨張機構の開度を大きくすることによって、凝縮器出口の過冷却度が減り、容器に溜まる液相の非共沸混合冷媒が増加する。逆に、制御部が、第１膨張機構の開度を絞ることによって、凝縮器出口の過冷却度が増え、容器内の液相の非共沸混合冷媒は減少して、気相の非共沸混合冷媒が増加する。このように、制御部が、凝縮器の出口における非共沸混合冷媒の過冷却度を調整することによって、容器に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整することができる。

第２観点のヒートポンプ装置は、第１観点のヒートポンプ装置であって、制御部が、容器に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定する。

このヒートポンプ装置では、運転時、非共沸混合冷媒は気液二相状態で容器に入り、容器内では気相と液相とに分離した状態で溜まる。非共沸混合冷媒が高沸点冷媒と低沸点冷媒の２成分の場合、制御部は、容器内の非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、気相および液相それぞれにおける低沸点冷媒と高沸点冷媒との比率（組成比）を推定することができる。それゆえ、制御部は、容器から出ていく液相の非共沸混合冷媒の組成比を、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成比として、推定することができる。

第３観点のヒートポンプ装置は、第１観点または第２観点のヒートポンプ装置であって、制御部が、容器に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の燃焼性または毒性に関する物性値を推定する。

このヒートポンプ装置では、制御部が冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定することができるので、その組成比に基づき、燃焼性、毒性のクラスを推定することができる。

第４観点のヒートポンプ装置は、第１観点のヒートポンプ装置であって、制御部が、容器に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒に不均化反応が生じるおそれがあるか否かを推定する。

このヒートポンプ装置では、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定することができるので、その組成比が、不均化反応が生じ易い比率であるか否かを判断することによって、循環する非共沸混合冷媒に不均化反応が生じるおそれがあるか否かを推定することができる。

第５観点のヒートポンプ装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つのヒートポンプ装置であって、制御部が、第１膨張機構または第２膨張機構、或いは第１膨張機構および第２膨張機構を制御して、容器に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整する。

このヒートポンプ装置では、容器に液相の非共沸混合冷媒がどの程度溜まっているかによって、冷媒回路を循環する非共沸混合冷媒の組成比が変わってくる。気相では低沸点冷媒が多く、低沸点冷媒が豊富な冷媒となる。逆に、液相では高沸点冷媒が豊富な冷媒となる。制御部は、容器内の気相の非共沸混合冷媒の容積を減らしていくことによって、減らす前よりも低沸点冷媒が多く混じった非共沸混合冷媒が冷媒回路を循環するように制御することができる。

第６観点のヒートポンプ装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つのヒートポンプ装置であって、制御部が、第２膨張機構を制御して、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の過熱度を調整することによって、容器に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整することができる。

このヒートポンプ装置では、制御部が、容器の下流側の第２膨張機構の開度を絞ることによって、蒸発器出口の過熱度は増え、容器に溜まる液相の非共沸混合冷媒が増加する。逆に、制御部が、第２膨張機構の開度を大きくすることによって、過熱度が減り、容器内の液相の非共沸混合冷媒は減少して、気相の非共沸混合冷媒が増加する。このように、制御部が、蒸発器の出口における非共沸混合冷媒の過熱度を調整することによって、容器に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整することができる。

第７観点のヒートポンプ装置は、第１観点から第６観点のいずれか１つのヒートポンプ装置であって、非共沸混合冷媒は、ＣＯ２と、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅと、を成分として含んでいる。

第８観点のヒートポンプ装置は、第１観点から第６観点のいずれか１つのヒートポンプ装置であって、非共沸混合冷媒は、成分として、Ｒ１１３２（Ｅ）、またはＲ１１２３を含んでいる。

本開示のヒートポンプ装置である空気調和機の一実施形態を示す構成図である。 レシーバ内の非共沸混合冷媒の状態を表した気液平衡線図である。 第１流量調整弁の開度を小さくして過冷却度を大きくした状態を例示するサイクル線図である。 第１流量調整弁の開度を小さくして過冷却度を大きくしたときのレシーバ内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。 第１流量調整弁の開度を大きくして過冷却度を小さくした状態を例示するサイクル線図である。 第１流量調整弁の開度を大きくして過冷却度を小さくしたときのレシーバ内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。 第２流量調整弁の開度を小さくして過熱度を大きくした状態を例示するサイクル線図である。 第２流量調整弁の開度を小さくして過熱度を大きくしたときのレシーバ内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。 第２流量調整弁の開度を大きくして過熱度を小さくした状態を例示するサイクル線図である。 第２流量調整弁の開度を大きくして過熱度を小さくしたときのレシーバ内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。

（１）概要
図１は、本開示のヒートポンプ装置である空気調和機１００の一実施形態を示す構成図である。図１において、空気調和機１００は、冷媒回路１０を有している。

冷媒回路１０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、第１流量調整弁２４、レシーバ２５、第２流量調整弁３２、および室内熱交換器３３の順に配管によって環状に接続された回路である。

図１に示すように、レシーバ２５は第１流量調整弁２４と第２流量調整弁３２との間に設けられている。冷媒回路１０では、沸点の異なる二種類以上の冷媒であり、ＣＯ２と、Ｒ１２３４ｙｆとを成分として含んでいる非共沸混合冷媒が循環する。

非共沸混合冷媒の成分としては、ＣＯ２と、Ｒ１２３４ｙｆとに限定されるものではなく、例えば、ＣＯ２とＲ１２３４ｚｅとを成分として含んでもよい。また、前記ＣＯ２に替えて、Ｒ１１３２（Ｅ）、またはＲ１１２３を含んでもよい。

（２）空気調和機１００の詳細構成
空気調和機１００は、室外ユニット２と、室内ユニット３と、室外ユニット２と室内ユニット３とを接続する液冷媒連絡管４およびガス冷媒連絡管５と、室外ユニット２および室内ユニット３の構成機器を制御する制御部４０とを備えている。

（２－１）室外ユニット２
室外ユニット２は、室外に設置され、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、第１流量調整弁２４と、レシーバ２５と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８と、室外ファン２９と、を有している。

（２－１－１）圧縮機２１
圧縮機２１は、冷媒を圧縮する。圧縮機２１の吸入側及び吐出側は、四路切換弁２２に接続されている。

（２－１－２）四路切換弁２２
四路切換弁２２が室外熱交換器２３を冷媒の凝縮器として機能させる場合には、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続する（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。

また、四路切換弁２２が室外熱交換器２３を冷媒の蒸発器として機能させる場合には、圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続する（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。

（２－１－３）室外熱交換器２３
室外熱交換器２３は、冷媒と室外空気との熱交換を行う。室外熱交換器２３の一端側は第１流量調整弁２４に接続されており、室外熱交換器２３の他端側は四路切換弁２２に接続されている。

（２－１－４）第１流量調整弁２４
第１流量調整弁２４は、冷媒の減圧を行う膨張機構であり、ここでは、電動膨張弁が使用される。第１流量調整弁２４の一端側は室外熱交換器２３に接続されており、第１流量調整弁２４の他端側はレシーバ２５に接続されている。

（２－１－５）レシーバ２５
レシーバ２５は、冷媒を一時的に溜めるための容器である。レシーバ２５の一端側は、第１流量調整弁２４に接続されており、レシーバ２５の他端側は液側閉鎖弁２７に接続されている。

レシーバ２５の側面下方には、温度センサ２６が取り付けられている。温度センサ２６は、レシーバ２５内に溜まった液相の非共沸混合冷の温度を測定する。

（２－１－６）液側閉鎖弁２７およびガス側閉鎖弁２８
液側閉鎖弁２７は、室外ユニット２と液冷媒連絡管４との接続部に設けられた弁機構である。液側閉鎖弁２７の一端側はレシーバ２５に接続されており、液側閉鎖弁２７の他端側は液冷媒連絡管４に接続されている。

ガス側閉鎖弁２８は、室外ユニット２とガス冷媒連絡管５との接続部に設けられた弁機構である。ガス側閉鎖弁２８の一端側は四路切換弁２２に接続されており、ガス側閉鎖弁２８の他端側はガス冷媒連絡管５に接続されている。

（２－１－７）室外ファン２９
室外ファン２９は、室外空気を室外熱交換器２３に送るファンである。

（２－１－８）圧力センサ３０
圧力センサ３０は、レシーバ２５と液側閉鎖弁２７との間を繋ぐ配管に設置され、当該配管内を流れる非共沸混合冷の圧力を測定する。この測定値は、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷の圧力として代用される。

圧力センサ３０の設置場所は、当該配管に限定されるものではなく、レシーバ２５に設置され、レシーバ２５内の非共沸混合冷の圧力を直接測定してもよい。

（２－２）室内ユニット３
室内ユニット３は、室内や天井裏に設置され、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット３は、第２流量調整弁３２と、室内熱交換器３３と、室内ファン３４とを有している。

（２－２－１）第２流量調整弁３２
第２流量調整弁３２は、冷媒の減圧を行う膨張機構であり、ここでは、電動膨張弁が使用される。

第２流量調整弁３２は、必ずしも室内ユニット３内に設置される必要はなく、室外ユニット２内で、レシーバ２５と液側閉鎖弁２７との間に設置されてもよい。

（２－２－２）室内熱交換器３３
室内熱交換器３３は、冷媒と室内空気との熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器３３の一端側は第２流量調整弁３２に接続されており、室内熱交換器３３の他端側はガス冷媒連絡管５に接続されている。

（２－２－３）室内ファン３４
室内ファン３４は、室内空気を室内熱交換器３３に送るファンである。

（２－３）制御部４０
制御部４０は、室外ユニット２の室外側制御部４１と室内ユニット３の室内側制御部４２とが通信で接続されることによって構成されている。制御部４０は、冷媒回路１０の動作を含む空気調和機１００全体の運転制御を行う。

また、制御部４０は、温度センサ２６の温度測定値、および圧力センサ３０の圧力測定値に基づき作成した気液平衡図、または予め記憶している温度および圧力に対する気液平衡図（例えば、図２参照）を用いて、レシーバ２５内に溜まった非共沸混合冷媒の組成比を推定する。

（３）空調運転
空気調和機１００では、制御部４０が、冷房運転および暖房運転を行う。

（３－１）冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁２２が、図１の実線で示される状態に切り換えられる。冷媒回路１０において、低圧で気相の非共沸混合冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧で気相の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧で気相の非共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒の凝縮器として機能する室外熱交換器２３において、室外ファン２９から供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して、高圧で液相の非共沸混合冷媒になる。

室外熱交換器２３において凝縮した高圧で液相の非共沸混合冷媒は、第１流量調整弁２４によって中間圧に減圧され、気液二相の非共沸混合冷媒となってレシーバ２５内に入る。レシーバ２５内に入った気液二相の非共沸混合冷媒は一時的に溜められ、液相の非共沸混合冷媒と気相の非共沸混合冷媒とに分離される。

レシーバ２５に溜まった液相の非共沸混合冷媒は、第２流量調整弁３２に送られる。非共沸混合冷媒は、第２流量調整弁３２によって低圧まで減圧されて、低圧で気液二相の非共沸混合冷媒になる。

低圧で気液二相の非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３３に送られる。室内熱交換器３３に送られた非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３３において、室内ファン３４から供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。

これにより、室内空気は冷却され、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器３３において蒸発した低圧で気相の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び圧縮機２１に吸入される。

（３－２）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁２２が、図１の破線で示される状態に切り換えられる。冷媒回路１０において、低圧で気相の非共沸混合冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧で気相の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室内熱交換器３３に送られる。室内熱交換器３３に送られた高圧で気相の非共沸混合冷媒は、室内熱交換器３３において、室内ファン３４から供給される室内空気と熱交換を行って凝縮して、高圧で液相の非共沸混合冷媒になる。

これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器３３で凝縮した高圧で液相の非共沸混合冷媒は、第２流量調整弁３２で中間圧まで減圧され、気液二相の非共沸混合冷媒となってレシーバ２５に入る。

レシーバ２５内に入った気液二相の非共沸混合冷媒は一時的に溜められ、液相の非共沸混合冷媒と気相の非共沸混合冷媒とに分離される。

レシーバ２５に溜まった液相の非共沸混合冷媒は、第１流量調整弁２４に送られる。非共沸混合冷媒は、第１流量調整弁２４によって低圧まで減圧されて、低圧で気液二相の非共沸混合冷媒になる。

低圧で気液二相の非共沸混合冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた低圧で気液二相の非共沸混合冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン２９から供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧で気相の非共沸混合冷媒になる。低圧で気相の非共沸混合冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び圧縮機２１に吸入される。

（４）冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比の推定
レシーバ２５内では、液相の非共沸混合冷媒と気相の非共沸混合冷媒とが分離して共存する。図２は、レシーバ２５内の非共沸混合冷媒の状態を表した気液平衡線図である。

図２において、横軸は低沸点冷媒の比率である。下に凸の曲線は飽和液線であり、一定圧力下における温度に対する低沸点冷媒の比率を表している。上に凸の曲線は飽和蒸気線であり、一定圧力下における温度に対する低沸点冷媒の比率を表している。

飽和液線より下は過冷却状態であり、飽和蒸気線より上は過熱状態であり、当該２つの曲線に囲まれた領域は、気液二相状態である。

例えば、ある圧力Ｐｏの下で、温度Ｔｏのとき、レシーバ２５内の飽和蒸気のｂ点における低沸点冷媒および高沸点冷媒の比率は、低沸点冷媒の比率が７０％であり、高沸点冷媒の比率が３０％である。

また、このとき、飽和液のｃ点における低沸点冷媒の比率は１０％であり、高沸点冷媒の比率は９０％である。

運転時、レシーバ２５に気液二相の非共沸混合冷媒が入るので、レシーバ２５内は、液相の非共沸混合冷媒と気相の非共沸混合冷媒とが分離された状態で溜まり、液相の非共沸混合冷媒だけがレシーバ２５から出ていく。

それゆえ、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒における組成比を推定することによって、冷媒回路１０を循環している非共沸混合冷媒の組成比を推定することができる。

（５）冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比の制御
図２からわかるように、液相の組成比と気相の組成比とは異なる比率になり、気相における低沸点冷媒の比率は、液相における低沸点冷媒の比率よりも大きい。逆に、液相における高沸点冷媒の比率は、気相における高沸点冷媒の比率よりも大きい。

レシーバ２５から冷媒回路１０に液相の非共沸混合冷媒が出ていくので、レシーバ２５に液がどの程度たまっているかによって冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比が変わってくる。

以下、冷房運転を例に、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比の制御方法について説明する。

（５－１）過冷却度制御による組成比制御
（５－１－１）過冷却度を大きくした場合
図３Ａは、第１流量調整弁２４の開度を小さくして過冷却度を大きくした状態を例示するサイクル線図である。図３Ｂは、第１流量調整弁の開度を小さくして過冷却度を大きくしたときのレシーバ２５内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、制御部４０が、第１流量調整弁２４の開度を小さくして、凝縮器である室外熱交換器２３の出口における過冷却度を大きくすると、過冷却度変更前よりも、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒の液面が下がる。

それゆえ、レシーバ２５内では、低沸点冷媒が豊富な気相の非共沸混合冷媒の容積が増加し、高沸点冷媒が豊富な液相の非共沸混合冷媒の容積が減少する。

図３Ｂに示すように、気相組成比は、低沸点冷媒：高沸点冷媒＝ＸＧ：ＹＧであり、液相組成比は、低沸点冷媒：高沸点冷媒＝ＸＬ：ＹＬである。また、気相の場合、低沸点冷媒の比率が大きく、ＸＧ＞ＸＬである。液相の場合、高沸点冷媒の比率が大きく、ＹＧ＜ＹＬである。

結果的に、過冷却度変更前に比べて、冷媒回路１０から低沸点冷媒の豊富な気相の非共沸混合冷媒がレシーバ２５に多く回収されるので、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成を高沸点側へ調整することができる。

（５－１－２）過冷却度を小さくした場合
図４Ａは、第１流量調整弁２４の開度を大きくして過冷却度を小さくした状態を例示するサイクル線図である。図４Ｂは、第１流量調整弁の開度を大きくして過冷却度を小さくしたときのレシーバ２５内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。

図４Ａおよび図４Ｂにおいて、制御部４０が、第１流量調整弁２４の開度を大きくして、凝縮器である室外熱交換器２３の出口における過冷却度を小さくすると、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒の液面が上昇する。

それゆえ、低沸点冷媒が豊富な気相の非共沸混合冷媒の容積が減少し、高沸点冷媒が豊富な液相の非共沸混合冷媒の容積が増加する。

結果的に、過冷却度変更前に比べて、冷媒回路１０から高沸点冷媒の豊富な液相の非共沸混合冷媒がレシーバ２５に多く回収されるので、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成を低沸点側へ調整することができる。

（５－２）過熱度制御による組成比制御
（５－２－１）過熱度を大きくした場合
図５Ａは、第２流量調整弁３２の開度を小さくして過熱度を大きくした状態を例示するサイクル線図である。図５Ｂは、第２流量調整弁３２の開度を小さくして過熱度を大きくしたときのレシーバ２５内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。

図５Ａおよび図５Ｂにおいて、制御部４０が、第２流量調整弁の開度を小さくして、蒸発器である室内熱交換器３３の出口における過熱度を大きくすると、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒の液面が上昇する。

それゆえ、低沸点冷媒が豊富な気相の非共沸混合冷媒の容積が減少し、高沸点冷媒が豊富な液相の非共沸混合冷媒の容積が増加する。このとき、図５Ｂに示すように、気相組成比は、低沸点冷媒：高沸点冷媒＝ＸＧ：ＹＧであり、液相組成比は、低沸点冷媒：高沸点冷媒＝ＸＬ：ＹＬである。また、気相の場合、低沸点冷媒の比率が大きく、ＸＧ＞ＸＬである。液相の場合、高沸点冷媒の比率が大きく、ＹＧ＜ＹＬである。

結果的に、過熱度変更前に比べて、冷媒回路１０から高沸点冷媒の豊富な液相の非共沸混合冷媒がレシーバ２５に多く回収されるので、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成を低沸点側へ調整することができる。

（５－２－２）過熱度を小さくした場合
図６Ａは、第２流量調整弁３２の開度を大きくして過熱度を小さくした状態を例示するサイクル線図である。図６Ｂは、第２流量調整弁３２の開度を大きくして過熱度を小さくしたときのレシーバ２５内の非共沸混合冷の液面高さを示す断面図である。

図６Ａおよび図６Ｂにおいて、制御部４０が、第２流量調整弁３２の開度を大きくして、蒸発器である室内熱交換器３３の出口における過熱度を小さくすると、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒の液面が下がる。

それゆえ、レシーバ２５内では、低沸点冷媒が豊富な気相の非共沸混合冷媒の容積が増加し、高沸点冷媒が豊富な液相の非共沸混合冷媒の容積が減少する。

結果的に、過熱度変更前に比べて、冷媒回路１０から低沸点冷媒の豊富な気相の非共沸混合冷媒が多く回収され、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成を高沸点側へ調整することができる。

（６）特徴
（６－１）
空気調和機１００では、運転時、気液二相の非共沸混合冷媒がレシーバ２５に入り、レシーバ内では気相と液相とに分離された状態で溜まる。例えば、非共沸混合冷媒が高沸点冷媒と低沸点冷媒の２成分の場合、制御部４０は、レシーバ２５内の非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、気相および液相それぞれにおける低沸点冷媒と高沸点冷媒との比率（組成比）を推定することができる。それゆえ、制御部４０は、レシーバ２５から出ていく液相の非共沸混合冷媒の組成比を、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比として推定することができる。

（６－２）
空気調和機１００では、レシーバ２５に液相の非共沸混合冷媒がどの程度溜まっているかによって、冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比が変わってくる。気相では低沸点冷媒が多く、低沸点冷媒が豊富な冷媒となる。逆に、液相では高沸点冷媒が豊富な冷媒となる。制御部４０は、レシーバ２５内の気相の非共沸混合冷媒の容積を減らしていくことによって、減らす前よりも低沸点冷媒が多く混じった非共沸混合冷媒が冷媒回路１０を循環するように制御することができる。

（６－３）
空気調和機１００では、制御部４０が、レシーバ２５の上流側の第１流量調整弁２４の開度を大きくすることによって、凝縮器である室外熱交換器２３の出口における過冷却度が減り、レシーバ２５に溜まる液相の非共沸混合冷媒が増加する。逆に、制御部４０が、第１流量調整弁２４の開度を絞ることによって、凝縮器である室外熱交換器２３の出口における過冷却度が増え、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒は減少して、気相の非共沸混合冷媒が増加する。このように、制御部４０が、室外熱交換器２３の出口における非共沸混合冷媒の過冷却度を調整することによって、レシーバ２５に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整することができる。

（６－４）
空気調和機１００では、制御部４０が、レシーバ２５の下流側の第２流量調整弁３２の開度を絞ることによって、蒸発器である室内熱交換器３３の出口における過熱度は増え、レシーバ２５に溜まる液相の非共沸混合冷媒が増加する。逆に、制御部４０が、第２流量調整弁３２の開度を大きくすることによって、過熱度が減り、レシーバ２５内の液相の非共沸混合冷媒は減少して、気相の非共沸混合冷媒が増加する。このように、制御部４０が、室内熱交換器３３の出口における非共沸混合冷媒の過熱度を調整することによって、レシーバ２５に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整することができる。

（７）その他
（７－１）燃焼性および毒性の推定
空気調和機１００では、制御部４０が冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定することができるので、その組成比に基づき、燃焼性、毒性に関する物性値を推定することができる。

ここで、燃焼性に関する物性値とは、燃焼下限界、燃焼上限界、燃焼速度および燃焼エネルギーである。また、毒性に関する物性値とは、暴露濃度限界である。

これらの物性値は、非共沸混合冷媒を構成する成分毎に異なるので、組成比が変われば燃焼性、毒性に関する物性値も変わる。

また、例えば、組成比別の燃焼性に関する上記物性値を評価した上で、その評価結果に基づき予め米国ＡＳＨＲＡＥ３４規格にしたがって、組成比別に属する燃焼性の分類を記憶しておいてもよい。また、毒性に関する上記物性値の評価を行い、その評価結果に基づき組成比別に「毒性あり」また「毒性なし」の分類を記憶してもよい。

さらに、燃焼性および毒性の両方の分類を示すクラスを作成して、該当するクラス（「不燃性、毒性なし」、「不燃性、毒性あり」、「微燃性、毒性なし」、「微燃性、毒性あり」、強燃性、毒性なし」および「強燃性、毒性あり」）を記憶しておくことによって、推定した組成比に基づき燃焼性および毒性のクラスを推定することができる。

（７－２）不均化反応の発生・非発生の推定
不均化反応は、高温、高圧条件下で起きる。また不均化反応は、濃度にも依存するので、特定の冷媒の組成比が上がると不均化反応が起きやすい。

空気調和機１００では、制御部４０が冷媒回路１０を循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定することができるので、その組成比が、不均化反応が生じ易い比率であるか否かを判断することによって、循環する非共沸混合冷媒に不均化反応が生じるおそれがあるか否かを推定することができる。

例えば、推定した非共沸混合冷媒の組成比が、不均化反応を起こす成分の組成比が許容範囲を外れた組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがあるものと判定して、警告を発報し、空気調和装置の運転を停止することもできる。

一方、推定した非共沸混合冷媒の組成比が不均化反応を起こす成分の組成の許容範囲内の組成比である場合には、不均化反応を起こすおそれがないものと判定して、空気調和装置の運転を継続することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

（７－３）非共沸混合冷媒の成分
上記実施形態では、非共沸混合冷媒の成分として、ＣＯ２と、Ｒ１２３４ｙｆを例に説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、ＣＯ２とＲ１２３４ｚｅとを成分として含んでもよい。また、前記ＣＯ２に替えて、Ｒ１１３２（Ｅ）、またはＲ１１２３を含んでもよい。

例えば、上記の不均化反応との関係性で言えば、Ｒ１１３２（Ｅ）またはＲ１１２３は不均化反応のレベルが高い冷媒である。さらに、不均化反応は濃度にも依存しており、Ｒ１１３２（Ｅ）またはＲ１１２３の組成比が上がると不均化反応が起きやすいので、組成比の推定が重要になる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

上記実施形態では、建物に据え付けられる空気調和機を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車載用空調装置にも有用である。

１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四路切換弁
２３ 室外熱交換器（凝縮器、蒸発器）
２４ 第１流量調整弁（第１膨張機構）
２５ レシーバ（容器）
２６ 温度センサ（温度測定部）
３０ 圧力センサ（圧力測定部）
３２ 第２流量調整弁（第２膨張機構）
３３ 室内熱交換器（蒸発器、凝縮器）
４０ 制御部
４１ 室外側制御部（制御部）
４２ 室内側制御部（制御部）
１００ 空気調和機（ヒートポンプ装置）

特許第３４６３７１０号公報

Claims (8)

1. 圧縮機（２１）、四路切換弁（２２）、凝縮器（２３）、第１膨張機構（２４）、第２膨張機構（３２）、および蒸発器（３３）が順に配管によって環状に接続された冷媒回路（１０）内を非共沸混合冷媒が循環する、ヒートポンプ装置であって、
   前記第１膨張機構（２４）と前記第２膨張機構（３２）との間に接続された容器（２５）と、
   前記容器（２５）内の非共沸混合冷媒の温度を測定する温度測定部（２６）と、
   前記容器（２５）内の非共沸混合冷媒の圧力を測定する圧力測定部（３０）と、
   前記容器（２５）に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の物性を推定する制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、前記第１膨張機構（２４）を制御して、前記凝縮器（２３）の出口における非共沸混合冷媒の過冷却度を調整することによって、前記容器（２５）に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整する、
   ヒートポンプ装置（１００）。
2. 前記制御部（４０）は、前記容器（２５）に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の組成比を推定する、
   請求項１に記載のヒートポンプ装置（１００）。
3. 前記制御部（４０）は、前記容器（２５）に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒の燃焼性または毒性に関する物性値を推定する、
   請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置（１００）。
4. 前記制御部（４０）は、前記容器（２５）に溜まった非共沸混合冷媒の温度および圧力に基づいて、循環する非共沸混合冷媒に不均化反応が生じるおそれがあるか否かを推定する、
   請求項１に記載のヒートポンプ装置（１００）。
5. 前記制御部（４０）は、前記第１膨張機構（２４）または前記第２膨張機構（３２）、或いは前記第１膨張機構（２４）および前記第２膨張機構（３２）を制御して、前記容器（２５）に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置（１００）。
6. 前記制御部（４０）は、前記第２膨張機構（３２）を制御して、前記蒸発器（３３）の出口における非共沸混合冷媒の過熱度を調整することによって、前記容器（２５）に溜まった気相および液相の非共沸混合冷媒の割合を調整する、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置（１００）。
7. 非共沸混合冷媒は、ＣＯ２と、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ１２３４ｚｅと、を成分として含む、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置（１００）。
8. 非共沸混合冷媒は、成分として、Ｒ１１３２（Ｅ）、またはＲ１１２３を含む、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置（１００）。
   

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